為什么核子數(shù)多到一定程度的原子？
原子結(jié)構(gòu)
其實(shí)原子核的問題，我們就應(yīng)該從原子核的角度來思考，要了解原子核，我們就得先來了解一下原子的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵雍撕鸵话闳怂胂蟮倪€不太一樣。
在上初高中時(shí)，我們最常見到的原子結(jié)構(gòu)一般是下面這樣：
這個(gè)模型其實(shí)是有問題的，那問題到底在哪呢？
首先，電子并沒有特定的軌道，而是呈現(xiàn)概率云的形式。我們只知道，某個(gè)時(shí)刻，電子出現(xiàn)在某個(gè)位置的概率是多少，而無法具體知道它在哪。
其次，原子核的大小也是有問題的?？茖W(xué)家盧瑟福曾經(jīng)利用α粒子轟擊金箔，然后就發(fā)現(xiàn)大多數(shù)的α粒子都直接穿過去，只有極其少的α粒子的軌跡發(fā)生偏折。
通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，以及后來的科學(xué)家一系列的對撞實(shí)驗(yàn)，我們知道原子99.999%以上的空間是空心的。原子核其實(shí)非常非常小，如果把原子比喻成足球場那么大，而原子核可能只有一只螞蟻那么大。
所以，問題就來了，為什么原子核會(huì)這么小呢？
四大作用上世紀(jì)，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)宇宙中存在著四種基本作用力，它們分別是電磁力、引力、強(qiáng)力和弱力。同時(shí)，他們還發(fā)現(xiàn)了100多種粒子。所以，他們一直在思考如何將這些東西整合起來，變成一個(gè)大一統(tǒng)的理論。不過，這和我們這次要講的關(guān)系不大，我們這里就不贅述了。
我們就來說說，強(qiáng)力和弱力，他們也被稱為強(qiáng)核力和弱核力。這里的“核”指的就是原子核。要了解強(qiáng)力和弱力的作用，我們就得進(jìn)一步來了解原子核內(nèi)部的構(gòu)造。
原子核內(nèi)有質(zhì)子和中子，但是質(zhì)子和中子并不是基本粒子，它們還可以再分，再分下去就是夸克。
而強(qiáng)核力和弱核力實(shí)際上都是在原子核內(nèi)的作用，首先，我們來說強(qiáng)核力。強(qiáng)核力分兩種，一種是由膠子傳遞的強(qiáng)相互作用，它是用來將夸克束縛在質(zhì)子或者中子中的一種作用力。
還有一種是介子傳遞的強(qiáng)相互作用，是把質(zhì)子和中子束縛在原子核內(nèi)的核力。
而弱相互作用是通過W玻色子和Z玻色子傳遞的力，它和衰變有關(guān)。衰變是指放射性元素的原子核內(nèi)射出粒子，轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗庖环N元素的過程，比如，鐳放出α粒子后，就會(huì)變成氡。
其實(shí)不僅僅強(qiáng)相互作用和弱相互作用，電磁相互作用也被統(tǒng)一到了這個(gè)粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型當(dāng)中，其中傳遞電磁力的是光子。除此之外，還有粒子的質(zhì)量來源，也就是希格斯玻色子。
物理學(xué)家正是通過這套理論，建立起了粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型，給上百個(gè)粒子找到了歸宿，同時(shí)也解釋了除引力之外的三種作用的機(jī)制。至于引力的本質(zhì)，目前主流的科學(xué)理論是愛因斯坦的廣義相對論。
通過上文的講述，我們就可以簡單粗暴地來理解原子核的結(jié)構(gòu)，說白了，三個(gè)夸克被膠子綁在一起構(gòu)成中子或者質(zhì)子，而質(zhì)子和中子被綁在一起構(gòu)成原子核。但是我們要知道的是，強(qiáng)相互作用力實(shí)際上是四大作用當(dāng)中強(qiáng)度最大的，但同時(shí)它的作用范圍很窄。
這個(gè)范圍大概就是10^-15米左右，正是因?yàn)閺?qiáng)核力的作用范圍很小，因此，原子核才會(huì)那么小。但這么小的范圍意味著，原子核內(nèi)的原子核的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)不可以無限多。當(dāng)太多時(shí)，就有可能會(huì)發(fā)生核裂變的趨勢。如果太少時(shí)，就有核聚變的趨勢。那多少是正合適的呢？
鐵原子核實(shí)際上，最穩(wěn)定的原子核是鐵原子核。我們也說鐵原子核的比結(jié)合能最高。
原子序數(shù)大于鐵元素的原子核就會(huì)裂變的趨勢，比如：原子彈的原理其實(shí)就是高順位的元素核裂變。
原子序數(shù)小于鐵元素的原子核就有聚變的趨勢，比如：氫彈和太陽內(nèi)核的燃燒就是氫核聚變。
而你要讓鐵原子核甚至是原子序數(shù)更高的元素原子核發(fā)生核聚變反應(yīng)，那就需要輸入大量的能量，而同時(shí)釋放出的能量極其小，說白了，這就是一筆賠本的買賣。一般來說，我們很難做到這一點(diǎn)，只有在超新星爆炸時(shí)，或者中子星合并時(shí)才可以，這可以說是宇宙中的奇觀了，是很罕見的。
因此，鐵元素的原子核是最穩(wěn)定的元素，之所以會(huì)這樣，其實(shí)是因?yàn)楹肆﹄m然很強(qiáng)，但是有作用范圍的，而且這個(gè)作用范圍很小，只有10^-15m，只要超過了這個(gè)尺度，核力就沒有辦法起到作用了。